目錄
《中國電子信息工程科技發(fā)展研究》編寫說明
前言
第1章 微納尺度電磁場理論 1
1.1 國內(nèi)外研究進展 2
1.2 電磁場與微觀粒子相互作用機理 7
1.2.1 電磁場與微觀粒子的基本概念 7
1.2.2 電磁場對微觀粒子的作用 8
1.2.3 微觀粒子對電磁場的影響 10
1.2.4 相互作用的理論基礎(chǔ) 12
1.2.5 應(yīng)用與影響 15
1.3 Maxwell-Schr？dinger耦合方程 15
1.3.1 Maxwell方程與量子電動力學 16
1.3.2 Schr？dinger方程 17
1.3.3 耦合過程 19
1.3.4 應(yīng)用 21
1.4 外加電磁場下的光學布洛赫方程 24
1.4.1 量子力學基礎(chǔ)與光學布洛赫方程的背景 25
1.4.2 外加電磁場對光學布洛赫方程的影響 27
1.4.3 光學布洛赫方程的物理意義與應(yīng)用 28
1.5 微觀物質(zhì)的波動效應(yīng) 29
1.5.1 微觀物質(zhì)波動的基礎(chǔ)理論 30
1.5.2 波動效應(yīng)的實驗驗證與觀察 31
1.5.3 微觀物質(zhì)波動效應(yīng)在現(xiàn)代物理中的應(yīng)用 32
1.6 本章小結(jié) 34
參考文獻 35
第2章 微納尺度的量子電磁場理論 39
2.1 電磁場的量子化表達及物理意義 40
2.2 麥克斯韋方程的電磁能量描述 41
2.2.1 電磁勢的引入 42
2.2.2 矢量磁位與橫向電場 43
2.2.3 哈密頓量與哈密頓方程 45
2.3 電磁場能量的模式分解 46
2.4 基于模式分解的電磁量子化方法 48
2.4.1 經(jīng)典諧振子的量子化及對易關(guān)系 48
2.4.2 產(chǎn)生與湮滅算符 50
2.4.3 電磁場的量子化形式及物理意義 50
2.5 微擾影響下的電磁量子化方法 52
2.6 量子化麥克斯韋方程的實際應(yīng)用 55
2.7 本章小結(jié) 63
參考文獻 65
第3章 微納尺度器件的電磁場計算及應(yīng)用 68
3.1 FEM算法與先進計算電磁學內(nèi)涵初探 70
3.1.1 電磁仿真助力微納尺度新型器件設(shè)計 70
3.1.2 計算電磁學的經(jīng)典算法——有限元算法 70
3.1.3 計算電磁學的創(chuàng)新算法——統(tǒng)一間斷有限元法 71
3.1.4 先進計算電磁學的發(fā)展趨勢——先進算法初探 73
3.2 材料-器件-電路-系統(tǒng)跨尺度計算 77
3.2.1 材料-器件-電路-系統(tǒng)跨尺度計算的背景與意義 77
3.2.2 材料-器件-電路-系統(tǒng)跨尺度計算的挑戰(zhàn) 78
3.2.3 材料-器件-電路-系統(tǒng)跨尺度計算的理論與方法 79
3.3 電、磁、熱、力、載流子、量子修正多場耦合模擬 85
3.3.1 多物理場耦合的基本概念 85
3.3.2 多物理場耦合的數(shù)值模擬方法 86
3.3.3 多物理場耦合數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀 87
3.4 FDTD計算Maxwell-Schr？dinger耦合方程 88
3.4.1 理論基礎(chǔ) 89
3.4.2 數(shù)值求解策略 91
3.5 微納尺度器件中不確定性量化方法 100
3.5.1 微納尺度器件中高維不確定性 100
3.5.2 不確定性量化的發(fā)展歷程 102
3.5.3 現(xiàn)有不確定性量化算法 104
3.5.4 微納尺度器件中不確定性量化應(yīng)用 108
3.6 AI增量賦能器件設(shè)計 109
3.6.1 AI發(fā)展的飛速進程與其在微納光電器件設(shè)計中的
關(guān)鍵角色 111
3.6.2 快速仿真：AI 賦能微納光電器件設(shè)計的核心引擎 115
3.6.3 機器學習的技術(shù)實現(xiàn)與模型降階的關(guān)鍵路徑 117
3.7 本章小結(jié) 121
參考文獻 122
第4章 納米尺度微觀電磁場理論 127
4.1 微觀電磁學量子建模及實驗驗證 129
4.1.1 電磁學量子修正總體思路 129
4.1.2 量子電荷轉(zhuǎn)移等離激元的經(jīng)典電磁特性分析 130
4.1.3 量子修正建模 132
4.1.4 空間電荷量子修正模型 135
4.1.5 介質(zhì)金屬-分子-金屬量子建模 141
4.1.6 實驗驗證 144
4.2 納米尺度電磁學的通用理論 150
4.2.1 納米尺度電磁學的通用理論概述 150
4.2.2 模型構(gòu)建 150
4.2.3 實驗測試與仿真對比 153
4.3 本章小結(jié) 154
參考文獻 155
第5章 后摩爾時代微納電子器件電磁場 157
5.1 納米電子器件中的量子輸運 160
5.1.1 非平衡格林函數(shù)求解方法與定態(tài)量子輸運 162
5.1.2 交流小信號非平衡格林函數(shù)方法 166
5.1.3 基于薛定諤方程修正的漂移擴散輸運模型 167
5.1.4 量子修正的漂移擴散輸運模型 170
5.1.5 麥克斯韋方程和含時量子輸運方程概述 173
5.1.6 麥克斯韋方程和含時量子輸運方程的數(shù)值解法 175
5.2 微納芯片電磁問題 179
5.2.1 微納芯片的電磁特性概述 179
5.2.2 類腦計算芯片的電磁問題 191
5.2.3 類腦計算芯片的電磁建模與分析方法 196
5.3 芯粒集成電磁仿真設(shè)計 203
5.3.1 芯粒集成的電磁特性概述 203
5.3.2 芯粒集成中的電磁完整性設(shè)計 206
5.3.3 芯粒集成中的多物理完整性設(shè)計 211
5.4 本章小結(jié) 218
參考文獻 219
第6章 微納光電子器件電磁場 225
6.1 納米光子等離激元的量子電磁問題 226
6.1.1 等離激元的基本概念與性質(zhì) 226
6.1.2 量子電磁學框架下的等離激元相互作用問題 229
6.2 有源表面等離激元光電子器件電磁仿真設(shè)計 232
6.2.1 基于非彈性量子隧穿的表面等離激元光源 232
6.2.2 基于表面等離激元增強的片上微納探測器 235
6.2.3 基于表面等離激元的高速可調(diào)超構(gòu)表面 239
6.3 無源表面等離激元光電子器件電磁仿真設(shè)計 243
6.3.1 表面等離激元超構(gòu)表面 243
6.3.2 復合表面等離激元波導電磁特性 248
6.4 微納光子學器件電磁仿真設(shè)計 252
6.4.1 微納光子學器件概述 252
6.4.2 微納光子學器件的設(shè)計和仿真方法 254
6.5 本章小結(jié) 258
參考文獻 260
第7章 微納結(jié)構(gòu)超材料電磁場 263
7.1 信息電磁超材料 265
7.2 數(shù)字電磁超材料 267
7.3 智能電磁超材料 269
7.3.1 帶有傳感器的智能超材料 269
7.3.2 物理AI硬件 271
7.3.3 基于深度學習的超材料全息圖 275
7.4 拓撲電磁超材料 277
7.4.1 QH拓撲超材料 278
7.4.2 QSH拓撲超材料 280
7.4.3 QVH拓撲超材料 281
7.5 量子電磁超材料 284
7.5.1 量子信息處理關(guān)鍵平臺 284
7.5.2 量子電磁超材料應(yīng)用 290
7.6 本章小結(jié) 299
參考文獻 301
第8章 展望 306
8.1 電磁量子化驅(qū)動新器件發(fā)展展望 306
8.2 AI 賦能后摩爾時代新器件的電磁問題解決方案 307
8.3 智能輔助計算電磁學及新應(yīng)用 311
8.4 電磁場在新器件中的應(yīng)用展望 314
參考文獻 319
名詞術(shù)語中英文對照表 321